基于光电镊的无标记自动化多维精子操纵平台破解生殖细胞工程"精度-通量-损伤"难题

来自全球的研究团队开发了集成多物理场建模与自动化算法的光电镊平台，实现精子细胞无标记、高精度多维筛选（形态/运动性>15 μm·s?1/活性）与群体操纵（速度10 μm·s?1），经实验验证可维持精子运动性(16.4±1.7 μm·s?1)和DNA完整性，为辅助生殖技术标准化提供突破性解决方案。

　　

全球约17.5%成年人面临不孕问题，其中男性因素占比达50%。现有精子筛选技术存在精度、通量和生物安全性三重局限。研究团队开创性地开发出基于光电镊（Optoelectronic Tweezers, OET）的智能操纵平台，通过多物理场建模揭示精子在光诱导介电泳（optically induced dielectrophoresis）中的极化响应，确定最佳参数组合（10-15 Vpp电压，1-10 kHz频率，20-40 μm光斑直径），理论上可产生超过2.7 pN的有效驱动力。

实验验证显示单精子操纵精度达<20 μm，支持基于形态（头部面积）、运动性（>15 μm·s^?1）和活性（活/死荧光标记）的三维筛选。通过集成YOLOv8目标检测模型与路径规划算法，系统在27秒内实现4条精子的无碰撞列队（间距误差<2.25%），将低浓度样品富集120倍，并引导精子群体定向运输（速度10 μm·s^?1，逃逸率<1%）。操纵后分析证实精子运动速度保持16.4±1.7 μm·s^?1且DNA完整性未受损，充分证明技术的非侵入特性。这项突破性技术成功解决了生殖细胞工程中"精度-通量-损伤"的经典矛盾，为辅助生殖技术（ART）标准化带来革命性进展。